Prinsip Kerja ISFET - Ion Sensitive Field-Effect Transistor
Ion sensitif transistor efek medan adalah perangkat terintegrasi baru di laboratorium elektrokimia mikro pada sistem chip. Ini adalah jenis umum dari transistor efek medan (FET) yang sensitif secara kimia, dan strukturnya sama dengan transistor MOSFET umum. Daerah sensitif mewakili gerbang transistor dan menggabungkan sarana transduksi dari konsentrasi ion ke tegangan.
Dalam kasus ISFET, oksida logam dan gerbang logam adalah MOSFET umum digantikan oleh solusi sederhana dengan elektroda referensi jauh di dalam larutan dan lapisan isolasi untuk mendeteksi analit spesifik. Sifat lapisan isolasi didefinisikan sebagai fungsionalitas dan sensitivitas sensor ISFET.
Oleh karena itu ISFET mengumpulkan dalam satu perangkat permukaan penginderaan dan penguat tunggal memberikan arus tinggi, output impedansi rendah dan memungkinkan penggunaan kabel penghubung tanpa pelindung yang tidak perlu. Diagram berikut menunjukkan ilustrasi elektroda pH ISFET.
Ada berbagai mesin untuk pengukuran pH dari elektroda gelas tradisional. Prinsip pengukuran didasarkan pada kontrol arus yang mengalir antara dua semikonduktor, yaitu drain dan source. Dua semikonduktor ini ditempatkan bersama pada elektroda ketiga dan berperilaku seperti terminal gerbang. Terminal gerbang secara langsung dihubungi untuk solusi yang akan diukur.
Ketebalan film diukur dengan ellipsometer. Setelah pengendapan nitrida, proses dilanjutkan ke formulir kontak dengan menggunakan masker kontak.
Etsa kimia basah BHF digunakan untuk mengetsa dan mendasari film nitrida dan oksida dari daerah source dan drain. Kebiasaan BHF membantu menghilangkan langkah etsa tambahan untuk silikon nitrida. Langkah terakhir adalah metalisasi dalam fabrikasi ISFET.
Di dekat daerah gerbang ISFET tidak memiliki lapisan logam, metalisasi disediakan pada sumber dan mengeringkan kontak. Langkah-langkah sederhana dan utama dari pabrikan Ion-Sensitive Field-Effect Transistor ditunjukkan pada diagram berikut.
Sensor pH ISFET berlaku di banyak lingkungan, dan situasi industri yang bervariasi untuk kondisi basah dan kering dan juga dalam beberapa kondisi fisik seperti tekanan membuat elektroda pH kaca konvensional akan cocok.
Dalam kasus ISFET, oksida logam dan gerbang logam adalah MOSFET umum digantikan oleh solusi sederhana dengan elektroda referensi jauh di dalam larutan dan lapisan isolasi untuk mendeteksi analit spesifik. Sifat lapisan isolasi didefinisikan sebagai fungsionalitas dan sensitivitas sensor ISFET.
Apa itu ISFET?
Singkatan dari ISFET adalah Ion Sensitive Field Effect Transistor. Ini adalah transistor efek medan, yang digunakan untuk mengukur konsentrasi larutan ion. Konsentrasi ion seperti H+ diubah sebagai pH maka akibatnya ada perubahan arus melalui transistor. Di sini gerbang elektroda adalah solusi dan tegangan antara permukaan oksida dan substrat disebabkan oleh selubung ion.Prinsip Kerja ISFET
Prinsip kerja elektroda pH ISFET adalah perubahan transistor efek medan normal dan mereka digunakan di banyak rangkaian penguat. Dalam ISFET biasanya input digunakan sebagai gerbang logam, yang digantikan oleh membran ion-sensitif.Oleh karena itu ISFET mengumpulkan dalam satu perangkat permukaan penginderaan dan penguat tunggal memberikan arus tinggi, output impedansi rendah dan memungkinkan penggunaan kabel penghubung tanpa pelindung yang tidak perlu. Diagram berikut menunjukkan ilustrasi elektroda pH ISFET.
Ada berbagai mesin untuk pengukuran pH dari elektroda gelas tradisional. Prinsip pengukuran didasarkan pada kontrol arus yang mengalir antara dua semikonduktor, yaitu drain dan source. Dua semikonduktor ini ditempatkan bersama pada elektroda ketiga dan berperilaku seperti terminal gerbang. Terminal gerbang secara langsung dihubungi untuk solusi yang akan diukur.
Langkah Fabrikasi untuk ISFET
- Proses langkah demi langkah berikut menunjukkan fabrikasi ISFET
- ISFET dibuat dengan bantuan teknologi CMOS dan tanpa langkah pemrosesan pasca
- Semua fabrikasi dilakukan di rumah di Lab fabrikasi mikro
- Bahan harus wafer silikon tipe-4 inci
- Dalam ISFET terminal gerbang disiapkan dengan bahan SiO2, Si3N4, keduanya bahan yang dapat dihitung CMOS.
- Ada enam langkah masking yang merupakan pembuatan n-well, n dan p, source drain, gerbang, kontak dan material.
- Desain Si3N4 dan SiO2 adalah melalui larutan etsa oksida buffer
Ketebalan film diukur dengan ellipsometer. Setelah pengendapan nitrida, proses dilanjutkan ke formulir kontak dengan menggunakan masker kontak.
Etsa kimia basah BHF digunakan untuk mengetsa dan mendasari film nitrida dan oksida dari daerah source dan drain. Kebiasaan BHF membantu menghilangkan langkah etsa tambahan untuk silikon nitrida. Langkah terakhir adalah metalisasi dalam fabrikasi ISFET.
Di dekat daerah gerbang ISFET tidak memiliki lapisan logam, metalisasi disediakan pada sumber dan mengeringkan kontak. Langkah-langkah sederhana dan utama dari pabrikan Ion-Sensitive Field-Effect Transistor ditunjukkan pada diagram berikut.
Sensor pH ISFET
Jenis sensor ini adalah pilihan untuk pengukuran pH dan diperlukan untuk kinerja tingkat yang lebih tinggi. Ukuran sensor sangat kecil dan sensor digunakan untuk studi aplikasi medis. Sensor pH ISFET digunakan dalam FDA dan CE yang menyetujui perangkat medis dan mereka juga terbaik untuk aplikasi makanan karena kaca bebas dan dipasang dalam penyelidikan dengan bantuan profil kecil yang meminimalkan kerusakan yang dihasilkan.Sensor pH ISFET berlaku di banyak lingkungan, dan situasi industri yang bervariasi untuk kondisi basah dan kering dan juga dalam beberapa kondisi fisik seperti tekanan membuat elektroda pH kaca konvensional akan cocok.
Karakteristik pH ISFET
Karakteristik umum dari ISFET pH adalah sebagai berikut- Sensitivitas kimiawi ISFET sepenuhnya dikendalikan oleh sifat-sifat elektrolit
- Ada berbagai jenis bahan organik untuk sensor pH seperti Al2O3, Si3N4, Ta2O5 memiliki sifat yang lebih baik daripada SiO2 dan dengan sensitivitas lebih besar, drift rendah.
Kelebihan ISFET
- Responsnya sangat cepat
- Ini adalah integrasi sederhana dengan alat ukur elektronik
- Kurangi dimensi biologi penyelidikan.
Aplikasi ISFET
Kelebihan utama dari ISFET adalah, ia dapat berintegrasi dengan MOSFET dan Transistor standar dari rangkaian terintegrasi.Kekurangan ISFET
- Penyimpangan besar membutuhkan enkapsulasi tepi chip yang tidak fleksibel dan dengan sadapan yang mengikat
- Meskipun sifat amplifikasi transistor perangkat ini sangat bagus. Untuk merasakan bahan kimia, tanggung jawab membran isolasi terhadap keracunan ekologis dan kerusakan transistor selanjutnya telah melarang ISFET untuk mendapatkan popularitas di pasar komersial.